甲醇合成反应系统及甲醇合成反应方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及化工技术领域，特别是涉及一种应用于甲醇合成生产中的甲醇合成反应系统及甲醇合成反应方法。
【背景技术】
[0002]甲醇合成反应为强放热可逆反应，主要反应式
[0003]C0+2H2 = CH 30Η+ Δ Hr1
[0004]C02+3H2 = CH 30Η+Η20+ Δ HR2
[0005]ΔΗΚ1= -76519.5-49.2909T----------P132
[0006]Δ HR2= -37858.2-22.666T-------P132
[0007]反应是在装有催化剂的反应器中进行的，现代甲醇催化剂为低压低温铜锌铝系，其压力为4.0MPa?8.5MPa，210°C?280°C。由上可知，未反应气必需先预热至210°C，反应过程中放热量大，温度上升大，例如每反应1 % C0温升32 °C，温升不能过高，应控制在280 °C以内。
[0008]目前，大型化甲醇规模效应明显，越来越受到市场的追捧，但是以高C0煤气为原料的大型甲醇装置在工业化过程中还有一些问题，比如系统及反应器的配置不协调等。
【发明内容】
[0009]基于此，有必要提供一种可实现大型化生产的甲醇合成反应系统及甲醇合成反应方法。
[0010]一种甲醇合成反应系统，包括气冷反应器和水冷反应器，所述气冷反应器包括气冷系统和第一集气管，所述气冷系统包括进气管和第二集气管，所述气冷反应器包括第一气口、所述水冷反应器包括第二气口和第三气口，所述气冷反应器的所述进气管、所述第二集气管、所述水冷反应器的所述第二气口、所述水冷反应器的所述第三气口、所述气冷反应器的所述第一气口和所述第一集气管之一，以及所述气冷反应器的所述第一气口和所述第一集气管之另一依次连通，以使气体可依次在所述水冷反应器和所述气冷反应器内反应。
[0011]本甲醇合成反应系统中，由于气冷反应器和水冷反应器的合理配置，可以取得较高的醇净值，并且降低循环比，大大降低循环气的压缩功耗，从而实现低阻力高醇净值的甲醇的大型化生产。
[0012]在其中一个实施例中，所述气冷反应器还包括外筒和径向反应筐，所述气冷反应器的所述径向反应筐设于所述外筒内，并于所述外筒和所述径向反应筐之间形成间隙；所述气冷系统还包括气冷管，所述进气管和所述第二集气管穿过所述气冷反应器的所述外筒和所述径向反应筐，所述气冷管位于所述气冷反应器的所述径向反应筐内并连通于所述进气管和所述第二集气管之间，所述第一集气管部分设置于所述气冷反应器的所述径向反应筐内，且一端伸出所述气冷反应器的所述径向反应筐和所述外筒外，所述气冷反应器的所述外筒上开设有所述第一气口，且所述气冷反应器的所述径向反应筐和所述第一集气管侧壁上均开设有通气孔。
[0013]在其中一个实施例中，所述水冷反应器还均包括外筒、径向反应筐、水冷系统、进水口和水汽出口，所述水冷反应器的径向反应筐位于所述水冷反应器的外筒内，且所述水冷反应器的所述径向反应筐和所述外筒之间形成间隙，所述水冷系统包括设于所述径向反应筐内的水冷管，所述水冷反应器的所述进水口与所述水冷管相连，所述水冷反应器的所述第二气口分别连通所述水冷反应器的所述间隙与所述外筒外，所述水汽出口开设于所述外筒，以将蒸汽导出所述外筒，所述气冷反应器的所述第二集气管与所述水冷反应器的所述第二气口连通，所述气冷反应器的所述第一气口与所述水冷反应器的所述第三气口连通。
[0014]在其中一个实施例中，所述气冷系统包括连接于所述进气管和所述第二集气管之间的气冷管，所述气冷管为回形结构，且所述气冷管包括进口和出口，所述进口和出口均位于所述气冷管的中部，且相互间隔设置。
[0015]在其中一个实施例中，所述气冷管包括上管和下管，所述上管和所述下管分别包括进口和出口，所述上管的进口和所述下管的进口连通，所述上管的出口和所述下管的出口连通。
[0016]在其中一个实施例中，所述上管和所述下管均为U形管，所述上管和所述下管对接形成所述回形结构。
[0017]在其中一个实施例中，所述上管和所述下管为对称结构，所述上管和所述下管的所述进口和所述出口均位于所述气冷管的中点处。
[0018]在其中一个实施例中，所述气冷系统还包括分气管、第一连通管、第二连通管，所述分气管位于所述进气管和所述第一连通管之间，所述第一连通位于所述分气管和所述气冷管之间，所述第二连通管位于所述气冷管和所述第二集气管之间；所述气冷系统还包括连通于所述第一连通管和所述气冷管的所述进口之间的第一环管和连通于所述第二连通管和所述气冷管的所述出口之间的第二环管，多个所述气冷管连接所述第一环管，多个所述气冷管连接所述第二环管。
[0019]在其中一个实施例中，所述甲醇合成反应系统还包括第一热交换器、第二热交换器、供水装置、冷却装置、气液分离器、储液装置和气源，所述气源、所述第一热交换器和所述气冷反应器的所述进气管依次连通，所述第一热交换器还连接所述气冷反应器的所述第一集气管；所述第二热交换器连接于所述气冷反应器的所述第二集气管和所述水冷反应器的所述第二气口之间以及所述水冷反应器的所述第三气口和所述气冷反应器的所述第一气口之间；所述供水装置连接于所述水冷反应器的所述进水口，所述气冷反应器的所述第一集气管、所述第一热交换器、所述冷却装置、所述气液分离器和所述储液装置依次连接。
[0020]在其中一个实施例中，所述甲醇合成反应系统还包括脱盐水加热器，所述脱盐水加热器连接于所述第一热交换器和所述第二热交换器之间，所述脱盐水加热器还连接于所述供水装置和所述第一集气管，以将经过脱盐水处理过程的水回收至所述供水装置加以利用。
[0021]在其中一个实施例中，所述水冷反应器的所述水汽出口连通于所述供水装置，且所述供水装置还连通于一蒸汽回收装置以回收蒸汽。
[0022]在其中一个实施例中，所述冷却装置包括风冷器和水冷器，所述风冷器和所述风冷器依次连接于所述第一热交换器和所述气液分离器之间。
[0023]在其中一个实施例中，所述甲醇合成反应系统还包括压缩机，所述压缩机连接于所述气源和所述第一热交换器之间；该甲醇合成反应系统还包括加压机，所述加压机连接于所述气液分离器和所述第一热交换器之间。
[0024]—种利用上述甲醇合成反应系统的甲醇合成反应方法，包括步骤:
[0025]未反应冷气输入所述气冷反应器的所述进气管；
[0026]未反应冷气在所述气冷反应器内进行热交换，未反应冷气被加热，然后进入所述第二集气管输出所述气冷反应器；
[0027]被加热的气体从所述第二集气管进入所述水冷反应器的所述第二气口，并在所述水冷反应器内进行反应，反应后的气体经过所述水冷反应器的所述第三气口输出所述水冷反应器；
[0028]反应后的气体从所述水冷反应器的所述第三气口进入所述气冷反应器的所述第一气口和所述第一集气管之一，并在所述气冷反应器内进行反应，同时所述气冷系统内的未反应冷气与反应产生的热量进行热交换降温，反应后的气体进入所述第一气口和第一集气管之另一后输出所述气冷反应器。
[0029]在其中一个实施例中，当所述甲醇合成反应系统还包括第一热交换器、脱盐水加热器、第二热交换器、供水装置、冷却装置、气液分离器、储液装置和气源时，未反应冷气从所述气源输出经过所述第一热交换器加热后进入所述气冷反应器的所述进气管；气体从所述第二集气管输出经过所述第二热交换器加热后进入所述水冷反应器的第二气口 ；气体从所述水冷反应器的所述第三气口输出经过所述第二热交换器加热后进入所述气冷反应器的所述第一气口，气体从所述第一集气管输出经过所述脱盐水加热器、所述第一热交换器、所述冷却装置后进入所述气液分离器进行气液分离，分离出的液体为粗甲醇，输出到所述储液装置，分离出的气体与所述气源输出的气体一起进入所述气冷反应器的所述进气管。
[0030]在其中一个实施例中，从所述气源进入所述第一热交换器的气体温度为30°?70，经所述第一热交换器加热后气体温度为120°?160°，从所述第二集气管输出的气体温度为180°?220°，从所述水冷反应器的所述第三气口输出的气体含有约6.5%?9.5%的CH30H，从所述气冷反应器的所述第一气口或所述第一集气管输出的气体含有约10%?13.5%的甲醇，气体温度为约220°?230°，且经过所述脱盐水加热器、所述第一热交换器、所述冷却装置后气体温度为约30?60°。
【附图说明】
[0031]图1为一实施方式的甲醇合成反应系统的结构示意图；
[0032]图2为一实施方式的气冷反应器的结构示意图；
[0033]图3为图2所示气冷反应器的气冷系统的气冷管的结构示意图；
[0034]图4为图2所不气冷反应器的外筒和径向反应筐的局部结构不意图；
[0035]图5为图2所示气冷反应器的第一集气管的局部结构示意图；
[0036]图6为另一实施例的第一集气管的第一通气孔的结构示意图。
【具体实施方式】
[0037]为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。